Дискуссии о том, какая оптическая проводка предоставляет в локальной сети наилучшую полосу пропускания по оптимальной цене, зачастую принимают весьма острый характер. Ведь речь идет не только о предпочтительности того или иного технологического процесса изготовления световода, но и о согласованности с остальными системными компонентами.

Постоянно растущая потребность во все большей пропускной способности в локальных сетях — как и во всех прочих — является сильнейшим стимулом к разработке высокоскоростных технологий передачи информации. Современные корпоративные сети должны поддерживать, с одной стороны, функционирование таких широкополосных приложений, как IP-телефония (Voice over Internet Protocol, VoIP), видео по IP (Video over IP), мультимедиа профессионального качества и обработка изображений в медицине, а с другой — новые перспективные высокоскоростные сервисы. Перевод магист-ральной части сетей на технологию 10 Гбит/с — дело самого ближайшего будущего, при этом возможны различные способы решения поставленной задачи.

Рисунок 1. Хронология повышения скоростей передачи оптических интерфейсов Ethernet стандарта IEEE 802.3.

Прошедшие 20 лет стали периодом быстрого роста скорости передачи данных в сетях Ethernet (см. Рисунок 1). Магистральная часть проводки локальной сети реализуется преимущественно на основе многомодовых оптических кабелей, позволяющих использовать значительно более дешевые соединители — в отличие от одномодовых аналогов, которым отдается предпочтение в случае трактов протяженностью свыше 550 м (территориальные магистрали). Многомодовым оптическим технологиям удалось удивительно гибко адаптироваться к растущим потребностям предприятий. Сегодняшнее поколение многомодовых световодов отличается чрезвычайно высоким значением коэффициента широкополосности. В частности, компания Draka Comteq смогла добиться очень хороших результатов в отношении параметров многомодовых волокон для высокоскоростных сетей за счет применения разработанного ею и защищенного патентом метода выращивания заготовок PCVD. В этом же направлении успешно работают и другие производители.

 

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ GIGABIT ETHERNET

100-мегабитные системы передачи данных (100BaseFX), разработанные в начале 90-х гг. прошлого столетия, использовали простейшие светодиодные передатчики и низкокачественные (по сравнению с современными) многомодовые волокна. Необходимость увеличения скорости передачи привела к созданию стандарта IEEE 803.3z на технологию Gigabit Ethernet, который был утвержден в 1998 г.

Стандарт предполагает использование инсталлированных ранее многомодовых волокон (преимущественно волокон FDDI с коэффициентом широкополосности 160/500 МГц х км для 62,5-микронных световодов и 500/500 МГц х км для их 50-микронного варианта). Вследствие принципиальных особенностей своей конструкции светодиод не может обеспечить скорость 1 Гбит/с путем модуляции оптической несущей, поэтому впервые в истории локальных сетей пришлось прибегнуть к лазерным источникам излучения (стандарт Gigabit Ethernet допускает применение как сравнительно дешевых лазеров VCSEL с рабочей длиной волны 850 нм, так и лазеров с резонатором Фабри-Перо — последние дороже, но работают в спектральном диапазоне 1300 нм). Этим источникам излучения соответствуют два решения из области многомодовой техники: 1000BaseSX для длины волны 850 нм и 1000BaseLX для длины волны 1300 нм (см. Таблицу 1).

Таблица 1. Хронология внедрения многомодовых волокон Категорий ОМ3 и ОМ3+ от различных производителей для работы с системами 1 Gigabit Ethernet.

Стандарт передачи данных 1000BaseSX имел значительно больший коммерческий успех: в настоящее время количество продаваемых портов составляет от 1,5 до 2 млн штук в квартал. Интерфейс 1000BaseLX ориентирован главным образом на одномодовые волокна, хотя в случае необходимости его можно устанавливать и на многомодовых трактах. Основной недостаток такого решения заключается в более высокой стоимости систем, поэтому до сих пор объемы ежеквартальных продаж портов стандарта 1000BaseLX не превышают нескольких сотен тысяч штук.

В 2002 г. было стандартизовано оборудование следующего поколения — 10GbE (10 Gigabit Ethernet). Наибольшее распространение получила версия 10GBaseSX, реализующая метод последовательной передачи на постоянной длине волны 850 нм и нацеленная на многомодовые оптические тракты (см. Таблицу 2). Для инсталлированных ранее оптических сетей, в кабелях которых применялись волокна FDDI, гарантировалась относительно небольшая максимальная дальность передачи сигналов (33 и 82 м для волокон в 62,5 мкм и 50 мкм, соответственно).

Таблица 2. Хронология внедрения многомодовых волокон Категорий ОМ3 и ОМ3+ от различных производителей для работы с системами 10 Gigabit Ethernet.

Передача 10-гигабитного потока по уже имеющимся трактам на расстояние 300 м была возможна лишь при помощи сложной и дорогой технологии разреженного спектрального мультиплексирования на четырех смежных длинах волн в окне прозрачности 1300 нм (вариант 10GBaseLX4). Использование принципа CWDM позволило уменьшить скорость передачи в каждом канале системы до 3,125 Гбит/с. Система с интерфейсом 10GBaseLX4 достаточно сложна, и, несмотря на применение относительно дешевых низкоскоростных компонентов, ее общая стоимость оказывается существенно выше по сравнению с оборудованием, в основу конструкции которого положен последовательный способ передачи линейного сигнала на одной длине волны.

Для увеличения максимальной протяженности тракта до 300 м в том же 2002 г. одновременно с интерфейсами 10GBaseSX было введено многомодовое волокно нового поколения — Категории ОМ3, структура которого оптимизирована для работы на длине волны 850 нм. Этот тип световодов позволяет в полной мере использовать обычную недорогую многомодовую технологию на скоростях 10 Гбит/с. В настоящее время на их долю приходится 15-20% в общем объеме сбыта многомодовых световодов, причем они применяются преимущественно в новых инсталляциях при построении инфраструктуры зданий.

 

СРАВНЕНИЕ МНОГОМОДОВЫХ И ОДНОМОДОВЫХ ВОЛОКОН

Диаметр сердцевины многомодового волокна заметно больше аналогичного параметра одномодового световода, что заметно упрощает задачу сращивания волокон. Для 50-микронного многомодового волокна превышение диаметра сердцевины над одномодовым является шестикратным, а это сказывается на сложности конструкции оптического соединителя. Например, смещение на 3 мкм в случае 50-микронной сердцевины соответствует только 12% ее радиуса и приводит к увеличению затухания на 0,5 дБ. Для одномодового волокна аналогичное смещение соответствует уже 36% от радиуса сердцевины и сопровождается дополнительными потерями в 2 дБ. Поэтому допуски на геометрические размеры элементов одномодовых соединителей находятся в субмикронной области, тогда как для обеспечения необходимой точности изготовления функционально аналогичных компонентов при формировании многомодовых соединений вполне достаточно соблюсти микронные допуски. Это различие сказывается на стоимости элементной базы. Все системы Ethernet с гигабитными скоростями передачи, работающие на длине волны 1300 нм (спектральный диапазон LX), согласно спецификациям IEEE, совместимы с одномодовыми трактами, что делает их более дорогими по сравнению с 850-нанометровыми решениями SX.

Еще одно важное свойство, обусловленное разницей диаметров сердцевин многомодовых и одномодовых световодов, заключается в различной чувствительности к загрязнениям, в том числе к пыли. Вероятность того, что из-за частицы пыли диаметром в несколько микрон возникнут проблемы с передачей, для одномодовых систем существенно выше по сравнению с многомодовыми трактами.

В частности, это приводит к тому, что многомодовые волокна обеспечивают заметно большую устойчивость функционирования, особенно в случае систем промышленного назначения.

Чрезвычайно важное значение имеет тот факт, что расходы на реализацию физического уровня (на волокно и проводку) обычно не превышают 10-15% от общей стоимости системного решения для локальной сети, причем львиная доля всех затрат приходится на трансиверы. И хотя многомодовые волокна дороже одномодовых, они позволяют использовать заметно более дешевое сетевое оборудование, а потому дополнительные вложения в трансиверы окупаются очень быстро.

 

НОВЕЙШАЯ РАЗРАБОТКА: 10GBASELRM

В 2005 г. разработчики активного оборудования предприняли попытку ликвидировать пробел, возникший между дешевым решением 10GBaseSX, которое в случае применения волокон новой Категории ОМ3 позволяет достичь дальности передачи до 300 м, и дорогим решением 10GBaseLX4, ориентированным на работу по обычным многомодовым волокнам FDDI на длине волны 1300 нм. Новая разновидность сетевых интерфейсов использует метод электронной компенсации дисперсии (Electronic Dispersion Compensation, EDC), известный со времен световодов первых поколений. Для этого в приемную часть сетевого интерфейса устанавливается дополнительная микросхема. Решение было названо 10GBaseLRM, и в настоящее время оно находится на стадии утверждения в качестве стандарта IEEE 802.3aq.

В качестве потребителей нового решения поставщики систем рассматривают владельцев локальных сетей, не имеющих достаточных средств для их модернизации. В этой связи нередко приводится аргумент, что заменить активное оборудование намного проще, чем поменять волоконно-оптическую инфраструктуру. Естественно, предлагаемое решение далеко не оптимально. Во-первых, чтобы упростить систему и тем самым снизить стоимость аппаратуры, изначально декларируемая максимальная протяженность тракта интерфейсов 10GBaseLRM в 300 м была уменьшена до 220 м. Стоит отметить, что дальность связи протяженностью 220 м — согласно результатам исследований Алана Флетмена, выполненных им в 1999 г., — позволяет использовать аппаратуру рассматриваемой разновидности лишь на 68% трактов, прокладываемых в здании.

Во-вторых, трансиверы 10GBa-seLRM могут непосредственно подключаться только к одномодовым трактам. В случае же их установки на многомодовых линиях понадобятся МCP-шнуры (Mode Conditioning Patch-Cord), разработанные несколько лет назад для применения совместно с интерфейсами 1 Gigabit Ethernet. В результате общая стоимость решения увеличивается: необходимость приобретения одномодового соединителя, дополнительной микросхемы электронного компенсатора дисперсии и MCP-шнура приводит к тому, что оборудование данной разновидности оказывается практически эквивалентно по цене своему предшественнику (а именно трансиверу 10GBaseSX).

Рассмотренный путь модернизации устаревшей инфраструктуры локальной сети напоминает попытку решения транспортной проблемы не путем строительства автострады на месте старой узкой дороги, а за счет дооборудования всех автомобилей интеллектуальной системой, блокирующей их до столкновения. Сразу же возникает логичный вопрос: «А действительно ли это наилучшее альтернативное решение и не проще ли при модернизации информационной инфраструктуры отдать предпочтение многомодовым волокнам с улучшенными параметрами?»

 

МОДЕРНИЗАЦИЯ СЕТЕЙ

В многочисленных публикациях производители активного сетевого оборудования высказывают сомнение в экономичности модернизации кабельной части сетевой инфраструктуры и вместо этого предлагают использовать новые разработки в области сетевых интерфейсов для улучшения всех параметров устаревшей сети. Естественно, что для этой группы рыночных игроков такой способ решения проблемы является наиболее привлекательным. Однако прежде, чем приступать к модернизации, владельцу информационной системы надо хорошенько взвесить все за и против и рассмотреть возможность замены кабельной инфраструктуры.

Доля проводки в общей стоимости локальной сети не превышает 10-15%. Основная часть стоимости приходится на электронику — на приемопередатчики и оптические соединители. Именно вследст-вие этой особенности правильный выбор типа волокна линейных оптических кабелей оказывается чрезвычайно важным. Данные компоненты информационной инфраструктуры не так уж дороги, однако именно они в значительной степени определяют стоимость необходимого активного сетевого оборудования.

При создании новых сетей особое внимание следует уделить выбору соответствующего типа световода линейных кабелей. Главные претенденты на эту роль — одномодовые волокна и многомодовые световоды Категории ОМ3. Эксперты рассматривают одномодовые световоды как перспективную среду передачи, однако необходимость сопряжения трансивера со световодом неминуемо увеличивает затраты. В области же многомодовой техники можно ограничиться микронными допусками на геометрические размеры, в результате стоимость оптических трансиверов резко снижается. Поэтому, несмотря на более высокую цену многомодового волокна по сравнению с одномодовым, использование многомодовых световодов, оптимизированных для работы в окне прозрачности 850 нм, позволяет заметно снизить общую стоимость решения.

 

МНОГОМОДОВЫЕ ВОЛОКНА КАТЕГОРИИ ОМ3 И ОМ3+

Большинство малоопытных пользователей воспринимают многомодовые волокна как нечто устаревшее и старомодное. Это обусловлено, в частности, тем, что на многих предприятиях малопроизводительные оптические кабели первых поколений были проложены еще в начале 90-х гг. прошлого столетия. Современные многомодовые световоды целенаправленно разрабатывались для поддержки функционирования лазерных передатчиков на длине волны 850 нм, они обеспечивают очень широкую полосу пропускания, благодаря чему удается добиться весьма высокой эффективности — как технической, так и экономической. Применение указанных световодов дает возможность получить удачное сочетание высокой пропускной способности и низкой стоимости соединителей, что делает их практически идеальной средой передачи в локальных сетях при протяженности тракта до 550 м.

Рисунок 2. Протяженности трактов, обеспечиваемые волокнами Категорий ОМ3 и ОМ3+.

Наряду с волокнами Категории ОМ3 (например, MaxCap300 производства компании Draka с эффективным коэффициентом широкополосности 2000 МГц х км при лазерном возбуждении) доступны их улучшенные версии (в частности, световоды MaxCap550, которые на Рисунке 2 обозначены как ОМ3+). Данный тип волокна обеспечивает коэффициент широкополосности не менее 4700 МГц х км. Такие световоды еще не стандартизованы, хотя попытки их вывода на рынок предпринимаются с 2003 г.

Световоды Категории ОМ3+ могут рассматриваться как рабочая лошадка для инфраструктур локальных сетей и сетей хранения данных. Высокий коэффициент широкополосности обеспечивает очень хороший системный резерв, который может быть задействован для решения ряда практических задач:

  • увеличения протяженности тракта. Интерфейс 10GBaseSX может функционировать при расстояниях до 550 м (тракты длиной от 300 до 550 м составляют, по данным Флетмена за 1999 г., от 10 до 15% от общего числа оптических линий в локальных сетях);
  • получения дополнительных системных резервов. При общем допустимом затухании 2,7 дБ это дает возможность увеличить количество промежуточных соединителей при более коротких трактах. Особую значимость данный аспект приобретает при построении сетей хранения данных;
  • поддержки данными световодами функционирования перспективных решений CWDM. Высокое значение коэффициента широкополосности позволяет расширить используемый спектральный диапазон (на 10 нм с каждой стороны в рабочем диапазоне длин волн интерфейсов 10GBaseSX), что дает возможность организовать от четырех до шести каналов в окне прозрачности 850 нм в спектральной полосе 100-130 нм.

В результате появляется возможность передачи информационных потоков со скоростью 40 Гбит/с (4 х 10 Гбит/с) или даже 100 Гбит/с (6 х 17 Гбит/с) на расстояние 300 м.

Дискуссия о целесообразности подобного решения начата сейчас в рабочей группе TIA FO-4.1.2. Отметим, что уже в случае 17-гигабитной системы при передаче на расстояние свыше 300 м возникает потребность применения электронной компенсации дисперсии. Альтернативный вариант 100-гигабитной системы при передаче ее потока по одномодовому волокну также требует применения техники CWDM и сопряжен с необходимостью установки более дорогих оптических соединителей.

Карстен Фер — руководитель отдела маркетинга продуктов компании Draka Multimedia Cable.

© AWi Verlag